石英晶體的基本知識

1、化學(xué)物理特性

① 水晶的成份SiO2，在常壓下不同溫度時，石英晶體的結(jié)構(gòu)不同，溫度T＜573 ℃時α石英晶體，當573℃＜T＜870℃時β石英晶體，熔點是1750℃，我們通常說的壓電石英晶體指α石英晶體。

② 具有壓電特性：

發(fā)現(xiàn)

壓電效應(yīng)：

某些介質(zhì)由于外界機械作用（如壓縮，拉伸等等）而在其內(nèi)部發(fā)生極化，產(chǎn)生表面電荷的現(xiàn)象叫壓電效應(yīng)。

逆壓電效應(yīng)：

某些介質(zhì)置于外電場中，由于電場的作用，會引起介質(zhì)內(nèi)部正負電荷中心的位移，導(dǎo)致介質(zhì)發(fā)生形變，這種效應(yīng)稱為逆壓電效應(yīng)。

石英晶體在沿X 軸（或Y 軸）方向的力的作用時，在X 方向產(chǎn)生壓電效應(yīng)，而Y 和Z 方向不產(chǎn)生壓電效應(yīng)，X 軸稱為電軸，Y 軸稱為機械軸。

③ 具有各向異性：石英晶體是一種良好的絕緣材料，導(dǎo)熱系數(shù)在室溫附近，沿Z 軸方向是垂直于Z 軸方向的2 倍左右，沿Z 軸方向的線性膨脹系數(shù)a3 約為沿垂直于Z 軸方向線性膨脹系數(shù)a1 的1/2，其介電系數(shù)ε，壓電系數(shù)d 等隨方向的不同其數(shù)值也不同，在不同溫度，導(dǎo)熱系數(shù)K 與膨脹系數(shù)a 的數(shù)值也不同。

④ 是外形高度對稱的單晶體，其特征是原子和分子有規(guī)則的排列發(fā)育良好的石英晶體，外形最顯著的特點是晶面有規(guī)則的配置，石英晶體的晶面共30 個，六個m 面（柱面），六個R 面（大棱面）六個r 面（小棱面）六個s 面（三方偏錐面)，六個X 面（三方偏面），相鄰M 面的夾角度為60°，相鄰M 面和R 面的夾角與相鄰M 面和r 面的夾角都等于38°13′，相鄰s 面與X 面的夾角為25°57′。

石英晶體存在一個三次對稱軸C 和三個互成120°的軸a、b、d，在討論石英晶體的物理性質(zhì)時，采用下圖所示的直角坐標系較為方便，選C 軸為z 軸，a （或b、d）軸為X 軸，與X 軸Z 軸垂直的Y 軸，其指向按1949 年IRE 標準規(guī) 定，對左右旋晶體均采用右手直角坐標系。

如圖：a、b、c、d 為晶體坐標系

X、Y、Z 為直角坐標系

⑤ 具有雙折射現(xiàn)象：

但當光沿Z 軸方向射入時不發(fā)生雙折射現(xiàn)象，所以又稱Z 軸為光軸。

⑥ 石英晶體的密度ρ=2.65g/cm2，硬度為莫氏硬度7，在常溫常壓下不溶于三酸（HCL,H2SO4,HNO3），屬于溶解度極小的物質(zhì)，但是氫氟酸和氟化氫銨卻是石英晶體良好的溶解液，其化學(xué)反應(yīng)方程式

SiO2+4HF=SiF4+2H2O （3SiF4+3H2O=H2SiO3+2H2SiF6）

SiO2+4HF+2NH4F=（NH4）2SiF6+2H2O

其特性用于石英片的腐蝕。

3、石英晶片的切型

石英晶片對晶體坐標軸某種方位的切割稱為石英晶片的切型。由于石英晶體的各向異性，不同切型的石英片，因其彈性性質(zhì)，壓電性質(zhì)，溫度性質(zhì)不同，其電特性和熱特性也各異。

下圖表示的是各種切型的位置：

① 切型符號表示：

石英晶體的切型符號有兩種表示方法，一種是IRE 標準規(guī)定的符號表示法，另一種是石英晶體所特有的習(xí)慣符號表示法。IRE 規(guī)定的切型符號用一組字母（XYZlWt）和角度表示，用XYZ 中三個字母的先后排列來表示晶片的厚度和長度沿坐標軸的原始方位，用t（厚度）、l（長度）、W（寬度）來表示旋轉(zhuǎn)的方位，角度的正號表示逆時針旋轉(zhuǎn)、負號表示順時針旋轉(zhuǎn)。

例：（Yxl）35° 原始晶片角度：Y 方向

原始晶片長度：X 方向

繞長度方向（X 軸）逆時針旋轉(zhuǎn)35°即得到晶片的切割方位，（XYtl）5°/-50°厚度t（X 軸）逆時針旋轉(zhuǎn)5°，再繞長度l（Y 軸）順時針旋轉(zhuǎn)50°，即是石英片的切割方位。